Левітація. Реальні способи

Погодьтеся, було б здорово, якби ми вміли літати завдяки тільки силою думки. Ставати легкими, як пушинка, парити над землею, долати величезні відстані по повітрю, немов казковий Пітер Пен… Ех, мрії, мрії! Таке можливо тільки в далекому майбутньому. А може бути, немає?

Що таке левітація?
Це стан, в якому об’єкт ширяє в просторі без будь-якої механічної підтримки та опори і не відштовхується від повітря, як птах або комаха. Для левітації необхідне виконання двох умов: наявність сили, яка протидіє силі тяжіння, і стабілізація в стійкому положенні рівноваги.
Існує величезна кількість простих і нецікавих способів, завдяки яким невеликі тіла можуть парити в повітрі і які технічно можна назвати левітацією. Наприклад, завдяки виштовхує силі Архімеда. Якщо ми візьмемо прозорий газ важчий за повітря, наприклад елегаз, то легкі об’єкти будуть плавати на його поверхні, як кораблі на поверхні води. Невагомість на орбіті або спеціальному літаку – теж в якійсь мірі левітація. Існує левітація в акустичних стоячих хвилях, які завжди являють собою хвилі стиснення-розрідження. Невеликі предмети можуть зависати в областях розрідження, де щільність нижче.
Є і більш цікаві способи. Наприклад, магнітна левітація зі зворотним зв’язком. Магніти можуть притягатися один до одного. Однак повісити один магніт на інший неможливо, адже такий стан нестійкий. Але якщо замість верхнього магніту використовувати електромагніт, який можна включати і вимикати, і систему зворотного зв’язку, то можна домогтися левітації. Дійсно, як тільки нижній магніт починає притягатися, система зворотного зв’язку відключає верхній. Нижній починає падати, верхній включається. Якщо дуже точно відстежувати положення магніту, то ці коливання будуть непомітні, і можна сказати, що виникає левітація. На цьому принципі засновані високошвидкісні поїзди на магнітній підвісці – маглева, а також левітірующіе глобуси, що продаються в багатьох сувенірних магазинах.

Але ми навряд чи станемо в майбутньому користуватися цими громіздкими і витратними способами, для того щоб парити в повітрі. Чи є щось більш просте, ефектне і елегантне? Є!

Ефект Мейснера
Для початку розглянемо дуже цікавий ефект. Що буде, якщо упустити магніт? Та нічого особливого, він просто впаде. Але якщо ми подивимося, як він буде падати в мідній трубі, то побачимо: він багато разів уповільнюється і повільно опускається, немов виникає сила, протилежна тяжінню до землі.
Справа ось у чому. Коли магніт починає падати, то згідно із законом електромагнітної індукції, так як магнітний потік постійно змінюється через рух магніту, в трубі виникає індукційний струм. І через це труба теж стає магнітом, поки в ній тече струм. Але за правилом Ленца полярність цього магніту протилежна полярності падаючого, і в підсумку виникає сила відштовхування.

За цим же фундаментальним принципам ефект працює в будь-якому напрямку. Куди б не рухався магніт, оточений провідником, він завжди зустрічає опір. Це як селебріті: чим більше зірка, тим більше фанатів заважають йому (або їй) пройти куди б то не було.

Однак якщо у провідника є опір, то наведені струми загасають, і сила опору, хоч вона і є, але недостатньо велика, щоб повністю зупинити магніт. Але якби провідник мав нульовий опір, то ці струми ніколи не згасали б, і сила опору повністю гасила б будь-яке переміщення магніту. Це і відбувається, якщо ми піднесемо магніт до надпровідники.

У багатьох матеріалів є цікава властивість: при охолодженні до температури нижче якоїсь критичної у них повністю пропадає електричний опір. У всіх по різному. Одне з найтепліших речовин – це оксид ітрію-барію-міді. Його критична температура -180 ℃. Його охолоджують рідким азотом, і магніт, поміщений над ним, немов завмирає. Дійсно, адже при будь-якому русі виникають незгасаючі струми, які породжують опір руху. Виходить, якщо над надпровідників помістити магніт, то в надпровіднику виникнуть незгасаючі струми, магніт буде відштовхуватися і зависне в повітрі! І він буде висіти так, поки свехпроводнік буде зберігати нульовий опір. Це явище також має назву “труну Магомета”.

Діамагнітная левітація
Це все чудово, але чи може людина левитировать сам по собі? Технічно – так. Але для цього він повинен опинитися в дуже сильному магнітному полі (близько 16 Тесла), а це великі проблеми для феромагнетиків поруч. У магнітно-резонансному томографі, де поле до 9 Тесла, парити ви не будете.
Справа в тому, що практично всі речовини хоч якось, але взаємодіють з магнітним полем. За характером взаємодії їх ділять на ферромагнетики, парамагнетики, Діамагнетик.
Ферромагнетики дуже сильно намагнічуються і в зовнішньому магнітному полі самі стають магнітами, тому дуже добре притягуються. Це такі активісти, підривні особистості, які беруть активну участь в магнітної життя. Парамагнетики намагнічуються слабо і тяжіння невелика. Це такі флегматичні, малоактивні, але податливі хлопці. А ось Діамагнетик намагнічуються протилежно зовнішньому полю, тому вони стають магнітами з протилежного полярністю і відштовхуються від джерела магнітного поля. Це мляві, малоактивні буркотуни, яким не подобається магнітне поле, і вони хочуть неспішно його покинути.

І найголовніше. Діамагнетиками є, наприклад, вісмут, пиролитический графіт і вода. А з води більшою мірою складаються всі живі істоти, та й ми на 60% з неї складаємося. Так що живі істоти можуть левитировать в сильному магнітному полі. Це підтверджено дослідами на жабах, кониках, мишах. Забавно, але за це дослідження нобелівський лауреат Андрій Гейм в 2000 році одержав Шнобелівську премію.
Ну і якщо вдасться створити сильне магнітне поле в досить великому обсязі, щоб помістився людина, немає ніяких перешкод для його левітації.

Але навіть якщо людина левитирует, як управляти польотом? У левітації дійсно є одна проблема. Якщо людина виявиться в повітрі, то, щоб переміщатися в просторі, він повинен відштовхуватися від чогось або використовувати реактивну тягу. Інакше він буде просто борсатися в повітрі і не зможе нікуди зрушити. Адже, щоб рухатися, потрібно від чогось відштовхнутися.


1 Star2 Stars3 Stars4 Stars5 Stars (2 votes, average: 3.50 out of 5)

Левітація. Реальні способи